據(jù)外媒報(bào)道， 密歇根大學(xué)生命科學(xué)研究所的一項(xiàng)新研究表明，一種被廣泛應(yīng)用于生物學(xué)研究的線蟲(chóng)，盡管沒(méi)有類似耳朵的器官但卻能感知并對(duì)聲音做出反應(yīng)。 這些發(fā)現(xiàn)于2021年9月22日發(fā)表在《Neuron》上，這為研究聽(tīng)覺(jué)背后的遺傳機(jī)制提供了一種新的生物學(xué)工具。

在生命科學(xué)研究所Shawn Xu的實(shí)驗(yàn)室里，研究人員已經(jīng)利用秀麗隱桿線蟲(chóng)研究感覺(jué)生物學(xué)超過(guò)15年了。當(dāng)他的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始這項(xiàng)工作時(shí)，這些毫米長(zhǎng)的線蟲(chóng)被認(rèn)為只有三個(gè)主要感官：觸覺(jué)、嗅覺(jué)和味覺(jué)。

Xu的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)證實(shí)，線蟲(chóng)雖然沒(méi)有眼睛但仍能感知光線，并且在運(yùn)動(dòng)時(shí)也能感知自己的身體姿勢(shì)(也被稱為本體感覺(jué))。

LSI研究教授、該研究的資深作者Xu說(shuō)道：“只是少了一個(gè)主要感覺(jué)--聽(tīng)覺(jué)。但聽(tīng)覺(jué)不同于其他的感官，其他的感官在其他動(dòng)物門中廣泛存在。它只在脊椎動(dòng)物和一些節(jié)肢動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)過(guò)。因此，絕大多數(shù)無(wú)脊椎動(dòng)物被認(rèn)為對(duì)聲音不敏感。”

然而科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，線蟲(chóng)對(duì)空氣傳播的聲音的反應(yīng)范圍在100赫茲到5千赫茲之間，這一范圍比一些脊椎動(dòng)物能感知的范圍還要寬。當(dāng)播放這個(gè)范圍內(nèi)的一種音調(diào)時(shí)，線蟲(chóng)會(huì)迅速離開(kāi)聲音的來(lái)源，這表明它們不僅聽(tīng)到了音調(diào)還能感知它的來(lái)源。

研究人員進(jìn)行了幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)以確保線蟲(chóng)對(duì)空氣傳播的聲波做出反應(yīng)，而不是蠕蟲(chóng)棲息的表面振動(dòng)。Xu認(rèn)為，線蟲(chóng)不是通過(guò)觸覺(jué)“感受”振動(dòng)，而是通過(guò)充當(dāng)一種全身耳蝸來(lái)感知這些音調(diào)。耳蝸是脊椎動(dòng)物內(nèi)耳中充滿液體的螺旋狀空洞。

線蟲(chóng)有兩種類型的聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)元，它們跟線蟲(chóng)的皮膚緊密相連。當(dāng)聲波撞擊到線蟲(chóng)的皮膚時(shí)，它們會(huì)振動(dòng)皮膚，這反過(guò)來(lái)可能會(huì)導(dǎo)致線蟲(chóng)體內(nèi)的液體振動(dòng)，就像液體在耳蝸中的振動(dòng)一樣。這些振動(dòng)激活了線蟲(chóng)皮膚上的聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)元，然后將振動(dòng)轉(zhuǎn)化為神經(jīng)脈沖。

由于這兩種神經(jīng)元分布在線蟲(chóng)身體的不同部位，線蟲(chóng)可以根據(jù)哪個(gè)神經(jīng)元被激活來(lái)探測(cè)聲源。這種感覺(jué)可以幫助線蟲(chóng)探測(cè)和躲避捕食者，許多捕食者在捕獵時(shí)發(fā)出可聽(tīng)見(jiàn)的聲音。

這項(xiàng)研究提出了一種可能性，即其他無(wú)耳但有柔軟身體的動(dòng)物可能也能感知聲音。

“我們的研究表明，我們不能僅僅假設(shè)沒(méi)有耳朵的生物就不能感知聲音，”Xu說(shuō)道。他是密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)院的分子和綜合生理學(xué)教授。

雖然線蟲(chóng)的聽(tīng)覺(jué)確實(shí)跟脊椎動(dòng)物的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)有一些相似之處，但這項(xiàng)新研究揭示了與脊椎動(dòng)物或節(jié)肢動(dòng)物感知聲音的重要區(qū)別。

“基于這些存在于分子水平的差異，我們相信聽(tīng)覺(jué)可能已經(jīng)在不同的動(dòng)物門中多次獨(dú)立進(jìn)化。我們知道脊椎動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物的聽(tīng)覺(jué)看起來(lái)非常不同，”Xu說(shuō)道。

“現(xiàn)在，對(duì)于秀麗隱桿線蟲(chóng)，我們發(fā)現(xiàn)了另一種不同的感覺(jué)功能的途徑，表明收斂進(jìn)化。這與查爾斯·達(dá)爾文提出的視覺(jué)進(jìn)化形成了鮮明的對(duì)比，而視覺(jué)進(jìn)化在相當(dāng)早的時(shí)候就發(fā)生了且可能只有一次是與一個(gè)共同的祖先發(fā)生的。”

現(xiàn)在秀麗隱桿線蟲(chóng)的所有主要感官都已被觀察到，Xu和他的同事們計(jì)劃進(jìn)一步研究驅(qū)動(dòng)這些感官的遺傳機(jī)制和神經(jīng)生物學(xué)。

他說(shuō)道：“這為研究聽(tīng)覺(jué)和整體機(jī)械感覺(jué)打開(kāi)了一個(gè)全新的領(lǐng)域。有了這個(gè)新的聽(tīng)覺(jué)，我們現(xiàn)在已經(jīng)完全確定線蟲(chóng)的所有初級(jí)感覺(jué)都存在，使它們成為研究感覺(jué)生物學(xué)的一個(gè)特殊模型系統(tǒng)。”

關(guān)鍵詞： 無(wú)耳線蟲(chóng) 聲波 反應(yīng) 聲音